KR20130067346A - Apparatus for recovering sensible heat and method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A sensible heat collecting apparatus, and a method of collecting and utilizing thereof are provided to manufacture hydrogen economically without using the atomic power or the solar energy by using hot air and steam obtained by the sensible heat of melting slag for an endoergic reaction of Cu-Cl cycle to produce hydrogen, and by providing a reactant which is used for the Cu-Cl cycle. CONSTITUTION: A sensible heat collecting apparatus comprises: a sensible heat collecting chamber (14), an air inlet (21), an air outlet (22), and a cooling water flowing pipe (25) installed inside of the sensible heat collecting chamber. A melting slag (1) is ejected to the lower part by being supplied from the upper part of the sensible heat collecting chamber. The air inlet induces air into the sensible heat collecting chamber. The temperature of the air goes up by the melting slag in the sensible heat collecting chamber, and the heated air is ejected to the air outlet. The cooling water flows in the cooling water flowing pipe, the cooling water is ejected as steam by the melting slag in the sensible heat collecting chamber.

Description

수소 제조를 위한 용융 슬래그 입자의 현열 회수 장치 및 방법{Apparatus for Recovering Sensible Heat and Method Thereof}Apparatus for Recovering Sensible Heat and Method Thereof}

본 발명은 용융 슬래그의 현열을 회수하는 장치 및 상기 회수된 현열을 활용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for recovering sensible heat of molten slag and a method of utilizing the recovered sensible heat.

열역학적으로 물을 분해하는 방법을 이용하여 수소를 생산하는 방법으로는 Cu-Cl 사이클, 황-요오드(S-I)사이클 또는 UT-3 사이클 등이 있다. 이중, 상기 Cu-Cl 사이클은 황-요오드 사이클 또는 UT-3 사이클에 비하여 보다 낮은 온도의 열에너지를 이용하여 수소 생산이 가능한 사이클이다. 이와 같이 Cu-Cl 사이클에 있어서, 반응을 위해 요구되는 최고 반응온도는 약 500℃ 수준이다.
Hydrogen production by thermodynamic decomposition of water includes Cu-Cl cycles, sulfur-iodine (SI) cycles, or UT-3 cycles. Of these, the Cu-Cl cycle is a cycle capable of producing hydrogen using lower temperature thermal energy than the sulfur-iodine cycle or the UT-3 cycle. As such, in the Cu-Cl cycle, the highest reaction temperature required for the reaction is on the order of 500 ° C.

한편, 제철 공장의 고로와 전로에서 발생되는 용융 슬래그는 1000℃ 이상, 통상 1400℃ 정도의 높은 온도를 갖는다. 그러나, 이러한 고온의 용융 슬래그에서 발생되는 폐열은 현재 활용되지 못하고 있는 실정이다.On the other hand, the molten slag generated in the blast furnace and the converter of the steel mill has a high temperature of 1000 ℃ or more, usually about 1400 ℃. However, waste heat generated from such hot molten slag is not currently utilized.

제철소에서 발생하는 고온의 폐열 에너지를 회수한 후 화학 반응열로 활용할 수 있는 시스템을 개발한다면 경제적인 수소 생산을 할 수 있으며, 이산화탄소의 저감에도 기여할 수 있을 것이다.
Developing a system that can be used as heat for chemical reaction after recovering high-temperature waste heat energy generated from steel mills can result in economic hydrogen production and contribute to the reduction of carbon dioxide.

이에 본 발명은 용융 슬래그의 고온의 현열을 효과적으로 회수하는 현열 회수 장치를 제공하고자 한다.
Accordingly, the present invention is to provide a sensible heat recovery apparatus for effectively recovering the high temperature sensible heat of the molten slag.

나아가, 상기 회수된 현열을 Cu-Cl 사이클의 흡열반응에 상기 회수된 현열을 공급함으로써 활용할 수 있는 현열 회수 장치 및 방법을 제공하고자 한다.Furthermore, it is an object of the present invention to provide a sensible heat recovery apparatus and method which can utilize the recovered sensible heat by supplying the recovered sensible heat to an endothermic reaction of a Cu-Cl cycle.

본 발명은 용융 슬래그의 현열을 회수할 수 있는 장치를 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명의 일 구현예에 따른 현열 회수 장치는 용융 슬래그가 상부에서 공급되어 하부로 배출되는 현열 회수 챔버, 상기 현열 회수 챔버 내로 공기를 유입하는 공기 유입구; 상기 유입된 공기를 현열 회수 챔버 내의 용융 슬래그에 의해 승온된 공기를 배출하는 공기 배출구, 및 냉각수가 유동하되, 상기 냉각수가 상기 현열 회수 챔버 내의 용융 슬래그에 의해 증기로 배출되는 상기 현열 회수 챔버 내에 설치된 냉각수 유동관을 포함한다.The present invention is to provide a device capable of recovering the sensible heat of the molten slag, sensible heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, the sensible heat recovery chamber in which the molten slag is supplied from the top and discharged to the bottom, the sensible heat recovery chamber An air inlet for introducing air into the air; An air outlet for discharging the air heated by the molten slag in the sensible heat recovery chamber, and a coolant flows, and installed in the sensible heat recovery chamber in which the coolant is discharged as steam by the molten slag in the sensible heat recovery chamber; A cooling water flow tube.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 냉각수 유동관을 통해 배출되는 증기의 온도를 측정하기 위한 열전대를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, it may further include a thermocouple for measuring the temperature of the steam discharged through the cooling water flow pipe.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 냉각수 유동관은 배출되는 증기의 온도에 따라 상기 증기를 현열 회수 챔버로 재순환시키기 위한 순환 배관을 더 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the cooling water flow pipe may further include a circulation pipe for recycling the steam to the sensible heat recovery chamber according to the temperature of the steam discharged.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 공기 배출구는 배출되는 공기 내에 미세 슬래그 미립자를 포집하기 위한 필더가 구비될 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the air outlet may be provided with a filter for collecting fine slag fine particles in the discharged air.

나아가, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 현열 회수 장치는 수소 생성을 위한 Cu-Cl 사이클의 고체 상태의 CuCl2가 공급되되, 상기 공기 배출구를 통해 배출되는 승온된 공기에 의해 상기 고체 상태의 CuCl2를 가열하는 가열 챔버 및 상기 가열된 CuCl2 및 상기 증기가 공급되어, 상기 CuCl2와 증기를 반응시키는 화학반응기를 더 포함할 수 있다.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, the sensible heat recovery device is supplied with CuCl 2 in the solid state of the Cu-Cl cycle for hydrogen generation, the solid state of the solid state by the heated air discharged through the air outlet A heating chamber for heating CuCl 2 and the heated CuCl 2 and the steam is supplied, may further include a chemical reactor for reacting the CuCl 2 and steam.

또한, 본 발명은 용융 슬래그로부터 현열의 회수 및 활용 방법을 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명의 일 구현예에 따른 방법은 용융 슬래그가 공급된 현열 회수 챔버 내에 공기를 주입하여 용융 슬래그의 현열에 의해 상기 공기의 온도를 상승시키는 단계, 상기 현열 회수 챔버 내부를 관통하는 냉각수 유동관을 통해 냉각수를 공급하여 용융 슬래그의 현열에 의해 상기 냉각수를 증기로 형성하는 단계, 온도가 상승된 상기 공기를 고체의 Cu-Cl 사이클의 CuCl2에 공급하여 상기 CuCl2를 가열하는 단계 및 상기 증기를 상기 가열된 CuCl2와 반응시켜 CuO·CuCl2(s)와 HCl(g)을 생성하는 단계를 포함한다.In addition, the present invention is to provide a method for recovering and utilizing sensible heat from the molten slag, the method according to an embodiment of the present invention by injecting air into the sensible heat recovery chamber supplied with molten slag by the sensible heat of the molten slag Raising the temperature of the air, supplying cooling water through a cooling water flow pipe passing through the sensible heat recovery chamber to form the cooling water as steam by sensible heat of molten slag, and heating the air having a temperature of solid Cu- supplied to CuCl 2 in cycle Cl by reaction with the CuCl 2, and a step for heating the heating the steam CuCl 2 includes generating a CuO · CuCl 2 (s) and HCl (g).

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 CuO·CuCl2(s)에 상기 온도가 상승된 공기를 공급하여 상기 CuO·CuCl2(s)를 가열하여 2CuCl(l)을 생성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment of the invention, the CuO · CuCl 2 (s) and the temperature is supplied to the rising air the CuO · heating the CuCl 2 (s) further comprise the step of generating a 2CuCl (l) the Can be.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 냉각수 유동관을 통해 배출되는 증기를 상기 현열 회수 챔버로 재공급하여 원하는 온도로 상승시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the steam discharged through the cooling water flow pipe may be re-supplied to the sensible heat recovery chamber to increase to a desired temperature.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 용융 슬래그의 현열을 고온의 공기 및 증기로 회수할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the sensible heat of the molten slag can be recovered with hot air and steam.

나아가, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 용융 슬래그의 현열에 의해 얻어진 고온의 공기 및 증기를 수소 생성을 위한 Cu-Cl 사이클의 흡열 반응에 이용할 수 있음은 물론, Cu-Cl 사이클에 사용되는 반응물을 제공할 수 있어, 원자력이나 태양열을 사용하지 않더라도 경제적으로 수소를 제조할 수 있다.
Furthermore, according to another embodiment of the present invention, the hot air and steam obtained by the sensible heat of the molten slag can be used for the endothermic reaction of the Cu-Cl cycle for hydrogen generation, as well as the reactants used in the Cu-Cl cycle. In this way, hydrogen can be produced economically without using nuclear power or solar heat.

냉매도 공기와 물 두 종류를 사용함으로써 Cu-Cl 사이클의 반응에 필요한 반응물을 직접 생산할 수 있으며, 또는 반응물을 예열하는데 활용할 수 있다.Refrigerants can also be used to directly produce the reactants required for the reaction of the Cu-Cl cycle by using two kinds of air and water, or can be used to preheat the reactants.

도 1은 본 발명에 따른 용융 슬래그로부터 현열을 회수하고, 이를 Cu-Cl 사이클에 사용하는 장치의 일 예를 개략적으로 나타내는 장치도이다.1 is an apparatus diagram schematically showing an example of an apparatus for recovering sensible heat from the molten slag according to the present invention and using it in a Cu-Cl cycle.

본 발명은 제철공정에서 발생되는 용융 슬래그의 현열을 회수하는 장치를 제공한다. 이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
The present invention provides an apparatus for recovering the sensible heat of the molten slag generated in the steelmaking process. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 용융 슬래그로부터 현열을 회수하고, 이를 Cu-Cl 사이클에 사용하는 장치의 일 예를 개략적으로 나타내는 장치도이다.
1 is an apparatus diagram schematically showing an example of an apparatus for recovering sensible heat from the molten slag according to the present invention and using it in a Cu-Cl cycle.

본 발명의 장치는 고온의 용융 슬래그(1)가 공급되는 현열 회수 챔버(14), 상기 고온의 용융 슬래그(1)로부터 현열을 회수하기 위한 냉매로서 공기(3)를 공급하기 위한 공기 유입구(21) 및 공기 배출구(22)를 포함하며, 나아가, 또 다른 냉매로서 공급되는 냉각수의 유동을 위한 냉각수 유동관(25)을 포함한다.
The apparatus of the present invention is a sensible heat recovery chamber 14 to which hot molten slag 1 is supplied, and an air inlet 21 for supplying air 3 as a refrigerant for recovering sensible heat from the hot molten slag 1. And an air outlet 22, and further includes a coolant flow pipe 25 for the flow of coolant supplied as another refrigerant.

상기 현열 회수 챔버(14)는 고온의 용융 슬래그(1)를 냉각시키면서 용융 슬래그(1)의 현열을 회수하기 위해 제철 공정에서 발생되는 용융 슬래그(1)가 공급된다. 상기 용융 슬래그(1)는 제철 공장의 고로와 전로에서 발생되는 것으로서, 1000℃ 이상, 통상 1400℃ 정도의 높은 온도를 갖는다.
The sensible heat recovery chamber 14 is supplied with molten slag 1 generated in the steelmaking process to recover sensible heat of the molten slag 1 while cooling the hot molten slag 1. The molten slag 1 is generated in the blast furnace and the converter of the steel mill, and has a high temperature of about 1000 ° C. or higher, usually about 1400 ° C.

이와 같은 용융 슬래그(1)는 효율적인 현열 회수를 위해 분쇄하여 공급하는 것이 바람직하다. 용융 슬래그(1)의 분쇄는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 회전식 또는 풍쇄식의 미립화 장치(11)를 이용하여 수 mm 크기의 작은 입자로 조립화할 수 있다. 상기 조립화되어 상기 현열 회수 챔버(14)로 투입되는 슬래그 미립자(2)의 온도는 600-800℃ 정도이다.
Such molten slag 1 is preferably pulverized and fed for efficient sensible heat recovery. Although the grinding | pulverization of the molten slag 1 is not specifically limited, it can be granulated into the small particle of several mm size using the rotary or air-pulverized atomization apparatus 11. As shown in FIG. The temperature of the slag fine particles 2 granulated and introduced into the sensible heat recovery chamber 14 is about 600-800 ° C.

상기 슬래그 미립자(2)가 공급된 현열 회수 챔버(14)(간단하게 '챔버'라고도 한다.) 내에 냉매를 주입함으로써 고온의 슬래그 미립자(2)로부터 현열을 회수할 수 있다. 이때 사용되는 냉매로는 상온의 공기(3)와 상온의 냉각수(4)를 사용할 수 있다. 상기 냉매로 사용되는 공기(3) 및 냉각수(4)는 별도의 경로를 통해 현열 회수 챔버(14)에 공급하는 것이 바람직하다.
The sensible heat can be recovered from the hot slag fine particles 2 by injecting a coolant into the sensible heat recovery chamber 14 (simply referred to as a "chamber") to which the slag fine particles 2 are supplied. In this case, as the refrigerant used, air 3 at room temperature and cooling water 4 at room temperature may be used. The air 3 and the cooling water 4 used as the refrigerant are preferably supplied to the sensible heat recovery chamber 14 through separate paths.

상기 공기(3)는 현열 회수 챔버(14) 내로 직접 공급함으로써 용융 슬래그(1)의 현열을 회수할 수 있다. 상기 현열 회수 챔버(14)는 상기 공기(3)의 주입을 위한 공기 주입구(12)를 포함한다. 현열 회수 챔버(14)에 공급된 상기 공기(3)는 챔버(14) 내부를 유동하면서 용융 슬래그(1)로부터 열을 회수하여 고온으로 온도가 상승함으로써 챔버(14)의 상부로 이동하게 된다. 따라서, 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 공기 주입구(12)는 현열 회수 챔버(14)의 하부에서 설치될 수 있다.
The air 3 can recover the sensible heat of the molten slag 1 by supplying it directly into the sensible heat recovery chamber 14. The sensible heat recovery chamber 14 includes an air inlet 12 for injecting the air 3. The air 3 supplied to the sensible heat recovery chamber 14 moves to the upper portion of the chamber 14 by recovering heat from the molten slag 1 while flowing inside the chamber 14 and raising the temperature to a high temperature. Therefore, the present invention is not limited thereto, but the air inlet 12 may be installed under the sensible heat recovery chamber 14.

상기 현열 회수 챔버(14)는 챔버(14)의 하부에서 공급되어 상부로 이동된 온도가 상승된 공기(3)를 포집하기 위해 상부에 공기 배출구(22)를 포함한다. 이때, 배출되는 공기(3)는 Cu-Cl 사이클의 흡열 반응이 요구되는 반응단계에 공급되어 반응물을 반응온도까지 가열시키는데 사용될 수 있다. 이로 인해, 흡열 반응을 위한 별도의 가열 수단이 불필요하게 된다.
The sensible heat recovery chamber 14 includes an air outlet 22 at the top for collecting the air 3, the temperature of which is supplied from the bottom of the chamber 14 and moved upward. At this time, the discharged air (3) can be supplied to the reaction stage is required for the endothermic reaction of the Cu-Cl cycle can be used to heat the reactants to the reaction temperature. For this reason, a separate heating means for endothermic reaction is unnecessary.

구체적으로는 Cu-Cl 사이클에 있어서, CuCl2(s)와 H2O(g)의 반응에 의해 CuO?CuCl2(s)를 생성하는 반응 단계를 포함하며, 이러한 반응은 흡열반응으로서, 약 400℃의 반응온도가 요구되며, 상기 가열된 공기(3)를 상기 반응물질인 CuCl2(6)를 400℃ 이상으로 가열시키는데 사용할 수 있다. 따라서, 상기 공기 배출구(22)를 통해 배출되는 공기(3)는 400℃ 이상, 보다 바람직하게는 약 500℃ 이상의 온도로 가열되는 것이 바람직하다. 상기 공기 배출구(22)를 통해 배출되는 공기(3)의 온도는 챔버(14)에 공급된 용융 슬래그(1)의 유량에 의해 조절할 수 있다.
Specifically, in the Cu-Cl cycle, a reaction step of producing CuO-CuCl 2 (s) by the reaction of CuCl 2 (s) and H 2 O (g) is an endothermic reaction, about A reaction temperature of 400 ° C. is required and the heated air 3 can be used to heat the reactant CuCl 2 (6) to 400 ° C. or higher. Therefore, the air 3 discharged through the air outlet 22 is preferably heated to a temperature of at least 400 ℃, more preferably at least about 500 ℃. The temperature of the air 3 discharged through the air outlet 22 may be controlled by the flow rate of the molten slag 1 supplied to the chamber 14.

또한, 상기 CuCl2(6)와 증기(5)의 반응에 의해 생성된 CuO·CuCl2(7)는 500℃의 열을 흡수하여 CuCl(l)과 O2를 생성하는 흡열반응을 포함하는데, 이때 상기 CuO·CuCl2(7)를 반응온도로 가열하기 위해 상기 공기(3)가 사용될 수 있다. 따라서, 상기 공기 배출구(22)를 통해 배출되는 공기(3)는 약 500℃ 이상의 온도로 가열되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 공기 배출구(22)를 통해 배출되는 공기(3)의 온도는 상기와 마찬가지로 챔버에 공급된 용융 슬래그(1)의 유량에 의해 조절할 수 있다.
In addition, to including the CuCl 2 (6), and the resulting CuO by the reaction of steam (5) · CuCl 2 (7 ) is an endothermic reaction that absorbs heat of 500 ℃ generate CuCl (l) and O 2, At this time, the air 3 may be used to heat the CuOCuCl 2 (7) to the reaction temperature. Therefore, the air 3 discharged through the air outlet 22 is preferably heated to a temperature of about 500 ℃ or more. At this time, the temperature of the air (3) discharged through the air outlet 22 can be adjusted by the flow rate of the molten slag (1) supplied to the chamber as described above.

한편, 상기 현열 회수 챔버(14)로부터 배출되는 공기(3)는 현열 회수 챔버(14) 내를 직접 유동하여 현열을 회수하여 공개 배출구(14)를 통해 배출된다. 따라서, 상기 배출되는 공기(3)에는 슬래그의 미세 입자들이 포함될 수 있으므로, 이와 같은 미세 입자의 제거를 위한 공기 필터(23)를 공기 배출구(22)에 설치할 수 있다.
Meanwhile, the air 3 discharged from the sensible heat recovery chamber 14 directly flows through the sensible heat recovery chamber 14 to recover sensible heat and is discharged through the open outlet 14. Accordingly, since the discharged air 3 may include fine particles of slag, an air filter 23 for removing such fine particles may be installed in the air outlet 22.

상기 냉각수(물)(4)는 용융 슬래그(1)의 현열에 의해 증기화할 수 있으며, 이에 의해 생성된 증기(5)는 회수하여 수소 생성을 위한 Cu-Cl 사이클에서의 반응물질로 사용될 수 있다. 따라서 상기 냉각수(4)는 상기 공기(3)와는 별도로 공급되는 것이 바람직하다. 상기 냉각수(4)를 현열 회수 챔버(14) 내를 유동하도록 하여 증기화하기 위해, 상기 현열 회수 챔버(14) 내에 냉각수 유동관(25)을 구비한다.
The cooling water (water) 4 may be vaporized by the sensible heat of the molten slag 1, and the steam 5 generated thereby may be recovered and used as a reactant in a Cu-Cl cycle for hydrogen production. . Therefore, the cooling water 4 is preferably supplied separately from the air (3). In order to vaporize the cooling water 4 in the sensible heat recovery chamber 14, a coolant flow pipe 25 is provided in the sensible heat recovery chamber 14.

상기 냉각수 유동관(25)은 현열 회수 챔버(14) 내부에서 냉각수(4)가 장기간 체류할 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 현열 회수 챔버(14) 내에 냉각수(4)가 체류하는 시간을 장기화함으로써, 냉각수(4)의 증기화를 도모할 수 있음은 물론, 얻어진 증기(5)의 온도를 보다 상승시킬 수 있으며, 이로 인해, 증기(5)가 Cu-Cl 사이클에 반응물로 공급될 때, 반응 온도로 가열하기 위한 별도의 가열 수단이 불필요하게 되어 바람직하다. 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 냉각수 유동관(25)은 도 1에 나타낸 바와 같이 스윌러 형태의 유로로 형성될 수 있다.
The cooling water flow pipe 25 preferably has a structure in which the cooling water 4 can stay in the sensible heat recovery chamber 14 for a long time. By prolonging the time that the cooling water 4 stays in the sensible heat recovery chamber 14 as described above, the cooling water 4 can be vaporized, and the temperature of the obtained steam 5 can be further increased. For this reason, when steam 5 is supplied to the reactant in the Cu-Cl cycle, a separate heating means for heating to the reaction temperature becomes unnecessary, which is preferable. For example, the cooling water flow pipe 25 may be formed as a swirler flow path as illustrated in FIG. 1.

구체적으로, 상기 냉각수(4)가 냉각수 유동관(25)을 통해 증기화하여 냉각수 배출구(26)를 통해 배출되는 증기(5)는 Cu-Cl 사이클의 CuCl2(6)와 반응하여 CuO·CuCl2(7)를 생성하는 반응물로서 사용될 수 있다. 이때, 상기한 바와 같이 위와 같은 반응은 400℃ 정도의 열이 요구되는 흡열반응으로서, 상기 증기(5)의 온도는 400℃ 이상인 것이 바람직하다.
Specifically, the cooling water 4 vaporizes through the cooling water flow pipe 25 and the steam 5 discharged through the cooling water outlet 26 reacts with CuCl 2 (6) in a Cu—Cl cycle to react with CuO · CuCl 2. It can be used as a reactant to produce (7). At this time, the reaction as described above is an endothermic reaction that requires heat of about 400 ℃, the temperature of the steam (5) is preferably 400 ℃ or more.

상기 냉각수 배출구(26)를 통해 배출되는 증기(5)의 온도를 모니터링하기 위해 상기 냉각수 배출구(26)에 열전대(27)를 설치할 수 있다. 상기 배출되는 증기(5)의 온도가 400℃와 같은 원하는 수준의 온도범위를 갖지 않는 경우에는 배출되는 증기(5)를 재차 냉각수 유동관(25)에 공급하여 재순환시켜 원하는 정도의 온도로 가열할 수 있다. 이를 위해 상기 냉각수 배출구(26) 말단에 배출되는 증기(5)를 챔버(14) 내의 냉각수 유동관(25)으로 순환시키기 위한 순환배관(28)을 설치할 수 있다. 이를 위해, 냉각수 배출구(26)를 통해 배출되는 증기(5)의 유동 경로는 밸브(29)의 개폐에 의해 적절하게 조절할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자라면 쉽게 인식할 수 있을 것이다.
A thermocouple 27 may be installed at the cooling water outlet 26 to monitor the temperature of the steam 5 discharged through the cooling water outlet 26. When the temperature of the discharged steam 5 does not have a desired temperature range such as 400 ° C., the discharged steam 5 may be supplied to the cooling water flow pipe 25 and recycled to be heated to a desired temperature. have. To this end, a circulation pipe 28 for circulating the steam 5 discharged at the end of the cooling water outlet 26 to the cooling water flow pipe 25 in the chamber 14 may be installed. To this end, it can be easily recognized by those skilled in the art that the flow path of the steam 5 discharged through the cooling water outlet 26 can be properly adjusted by opening and closing the valve 29. will be.

상기 현열 회수 챔버(14)에 공급된 용융 슬래그(1)는 냉매에 의해 냉각되어 슬래그 배출구(13)를 통해 챔버(14) 하부로 배출되며, 용융 슬래그(1)로부터 현열을 회수한 상기 냉매는 Cu-Cl 사이클의 흡열반응에 공급하여 Cu-Cl 사이클의 반응물인 증기를 생성할 수 있음은 물론, Cu-Cl 사이클에서 흡열반응의 반응물을 반응온도로 가열시킬 수 있다.
The molten slag 1 supplied to the sensible heat recovery chamber 14 is cooled by the refrigerant and discharged to the lower portion of the chamber 14 through the slag outlet 13, and the refrigerant recovering sensible heat from the molten slag 1 is The endothermic reaction of the Cu-Cl cycle may be supplied to generate steam which is a reactant of the Cu-Cl cycle, and the reactant of the endothermic reaction in the Cu-Cl cycle may be heated to the reaction temperature.

열역학적 물분해에 의해 수소를 생성하기 위한 Cu-Cl 사이클은 다음과 같은 반응단계를 포함한다.
The Cu—Cl cycle for producing hydrogen by thermodynamic hydrolysis includes the following reaction steps.

1) 2Cu(S)+2HCl(g) → H2(g)+2CuCl(l) (430~475℃, 발열반응)1) 2Cu (S) + 2HCl (g) → H 2 (g) + 2CuCl (l) (430 ~ 475 ℃, exothermic reaction)

2) 2CuCl(s) → CuCl2(aq)+Cu(S) (실온)2) 2CuCl (s) → CuCl 2 (aq) + Cu (S) (room temperature)

3) CuCl2(l) → CuCl2(s) (100℃ 이상, 발열반응)3) CuCl 2 (l) → CuCl 2 (s) (over 100 ℃, exothermic reaction)

4) 2CuCl2(s)+H2O(g) → CuO·CuCl2(s) + 2HCl(g) (400℃, 흡열반응) 4) 2CuCl 2 (s) + H 2 O (g) → CuO · CuCl 2 (s) + 2HCl (g) (400 ℃, endothermic reaction)

5) CuO·CuCl2(s) → 2CuCl(l) + 0.5O2 (500℃, 흡열반응)
5) CuOCuCl 2 (s) → 2CuCl (l) + 0.5O 2 (500 ℃, endothermic reaction)

상기한 바와 같이, Cu-Cl 사이클을 이용한 수소 제조 시 일부 반응은 발열반응으로 열에너지의 공급이 필요하지 않으나, 예컨대 4 및 5단계 반응과 같은 일부 반응은 흡열반응으로 외부에서 열이 공급되어야만 반응이 일어나게 된다. 따라서, 상기한 바에 따라 용융 슬래그(1)로부터 회수된 현열을 상기 흡열반응에 공급하여 Cu-Cl 사이클을 수행함으로써 Cu-Cl 사이클의 흡열반응에 요구되는 열의 공급을 위한 가열 수단을 제거할 수 있다. 나아가 4단계 반응에서는 H2O가 반응물로서 참여하는바, 용융 슬래그(1)의 현열에 의해 냉각수(4)로부터 생성된 고온의 증기(5)를 반응물로 사용할 수 있다.
As described above, some of the reactions in the hydrogen production using the Cu-Cl cycle do not require the supply of thermal energy as an exothermic reaction, but some reactions, such as the 4 and 5 step reactions are endothermic reactions only when heat is supplied from the outside. Get up. Therefore, the heating means for supplying the heat required for the endothermic reaction of the Cu-Cl cycle can be removed by supplying the sensible heat recovered from the molten slag 1 to the endothermic reaction as described above to perform the Cu-Cl cycle. . Furthermore, in the four-stage reaction, H 2 O participates as a reactant, and thus hot steam 5 generated from the cooling water 4 by the sensible heat of the molten slag 1 can be used as the reactant.

따라서, 상기 용융 슬래그(1)의 현열을 회수하여 얻어진 고온의 공기(3)를 Cu-Cl 사이클 중 고체의 CuCl2(6)가 공급되는 가열 챔버(31)에 공급하여 CuCl2(6)를 가열할 수 있다. 상기 공급되는 고온의 공기(3)는 400℃ 이상의 온도를 갖는 것으로서, 상기 CuCl2(6)를 4 단계의 흡열반응을 위해 요구되는 반응온도로 상승시킬 수 있다.
Therefore, the hot air 3 obtained by recovering the sensible heat of the molten slag 1 is supplied to the heating chamber 31 to which the solid CuCl 2 (6) is supplied in the Cu-Cl cycle to supply the CuCl 2 (6). Can be heated. The supplied hot air 3 has a temperature of 400 ° C. or higher, and the CuCl 2 (6) may be raised to the reaction temperature required for the endothermic reaction in four steps.

상기 가열된 CuCl2(6)는 4 단계의 반응을 위해 화학반응기(32)에 공급된다. 이때, 상기 화학반응기(32)에는 상기 CuCl2(6)와 함께 냉각수 유동관(25)을 거쳐 냉각수 배출구(26)를 통해 배출되는 고온의 증기(5)가 공급되며, CuCl2(6)와 증기(5)의 반응에 의해 CuO·CuCl2(s)(7)를 생성할 수 있다. 이때, 상기 CuCl2(6)는 가열 챔버(31)에서 반응온도로 가열되어 있으며, 나아가, 상기 증기(5) 역시 반응온도로 가열된 것이므로, 별도의 수단에 의해 반응물을 가열할 필요가 없다. 다만, 상기 반응물들은 배관을 통해 이송하는 중에 반응온도 이하로 냉각될 수도 있는바, 필요에 따라서는 화학반응기(32) 내의 반응물들을 가열하기 위한 별도의 가열수단을 구비할 수 있음은 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
The heated CuCl 2 (6) is fed to the chemical reactor 32 for a four step reaction. At this time, the chemical reactor 32 is supplied with the high temperature steam (5) discharged through the cooling water outlet 26 through the cooling water flow pipe 25 together with the CuCl 2 (6), CuCl 2 (6) and steam may generate CuO · CuCl 2 (s) ( 7) by reaction of (5). At this time, the CuCl 2 (6) is heated to the reaction temperature in the heating chamber 31, and furthermore, since the steam (5) is also heated to the reaction temperature, there is no need to heat the reactants by a separate means. However, the reactants may be cooled to the reaction temperature or lower during the transfer through the pipe, if necessary, it can be provided with a separate heating means for heating the reactants in the chemical reactor (32) It will be easy to understand.

이와 같은 본 발명의 장치 및 방법에 따른 각 구현예에 의하면, 제철 공정에서 발생되는 고온의 용융슬래그로부터 현열을 회수할 수 있음은 물론, 회수된 현열을 수소 생성을 위한 Cu-Cl 사이클에서 반응물을 가열하거나 또는 반응물로서 사용할 수 있어, 공정 효율을 도모할 수 있다.According to each embodiment according to the apparatus and method of the present invention, the sensible heat can be recovered from the hot molten slag generated in the steelmaking process, and the recovered sensible heat can be reacted in the Cu-Cl cycle for hydrogen production. It can be heated or used as a reactant, and process efficiency can be attained.

1: 용융 슬래그 2: 용융 슬래그 미립자
3: 공기 4: 냉각수
5: 증기 6: CuCl2(s)
7: CuO·CuCl2(s) 8: HCl(g)
11: 미립화 장치 12: 슬래그 주입구
13: 슬래그 배출구 14: 현열 회수 챔버
21: 공기 유입구 22: 공기 배출구
23: 공기 필터 24: 냉각수 투입구
25: 냉각수 유동관 26: 냉각수 배출구
27: 열전대 28: 순환 배관
29: 밸브
31: 가열 챔버 32: 화학반응기1: molten slag 2: molten slag fine particles
3: air 4: coolant
5: steam 6: CuCl 2 (s)
7: CuOCuCl 2 (s) 8: HCl (g)
11: atomization device 12: slag inlet
13: slag outlet 14: sensible heat recovery chamber
21: air inlet 22: air outlet
23: air filter 24: coolant inlet
25: coolant flow pipe 26: coolant outlet
27: thermocouple 28: circulation piping
29: valve
31: heating chamber 32: chemical reactor

Claims (8)

용융 슬래그가 상부에서 공급되어 하부로 배출되는 현열 회수 챔버;
상기 현열 회수 챔버 내로 공기를 유입하는 공기 유입구;
상기 유입된 공기를 현열 회수 챔버 내의 용융 슬래그에 의해 승온된 공기를 배출하는 공기 배출구; 및
냉각수가 유동하되, 상기 냉각수가 상기 현열 회수 챔버 내의 용융 슬래그에 의해 증기로 배출되는 상기 현열 회수 챔버 내에 설치된 냉각수 유동관
을 포함하는 현열 회수 장치.
A sensible heat recovery chamber in which molten slag is supplied from the top and discharged to the bottom;
An air inlet for introducing air into the sensible heat recovery chamber;
An air outlet for discharging the air heated by the molten slag in the sensible heat recovery chamber; And
Cooling water flows in the cooling water flow pipe installed in the sensible heat recovery chamber in which the cooling water is discharged as steam by the molten slag in the sensible heat recovery chamber
Sensible heat recovery device comprising a.
제 1항에 있어서, 상기 냉각수 유동관을 통해 배출되는 증기의 온도를 측정하기 위한 열전대를 더 포함하는 현열 회수 장치.
The sensible heat recovery apparatus according to claim 1, further comprising a thermocouple for measuring a temperature of steam discharged through the cooling water flow pipe.
제 2항에 있어서, 상기 냉각수 유동관은 배출되는 증기의 온도에 따라 상기 증기를 현열 회수 챔버로 재순환시키기 위한 순환 배관을 더 포함하는 현열 회수 장치.
The sensible heat recovery apparatus according to claim 2, wherein the cooling water flow pipe further comprises a circulation pipe for recycling the steam to the sensible heat recovery chamber according to the temperature of the discharged steam.
제 1항에 있어서, 상기 공기 배출구는 배출되는 공기 내에 미세 슬래그 미립자를 포집하기 위한 필터가 구비된 현열 회수 장치.
The sensible heat recovery apparatus of claim 1, wherein the air outlet includes a filter for collecting fine slag fine particles in the discharged air.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현열 회수 장치는
고체 상태의 CuCl2가 공급되되, 상기 공기 배출구를 통해 배출되는 승온된 공기에 의해 상기 고체 상태의 CuCl2를 가열하는 가열 챔버; 및
상기 가열된 CuCl2 및 상기 증기가 공급되어, 상기 CuCl2와 증기를 반응시키는 화학반응기
를 더 포함하는 현열 회수 장치.
The said sensible heat recovery apparatus of any one of Claims 1-4.
A heating chamber supplied with CuCl 2 in a solid state and heating the CuCl 2 in the solid state by heated air discharged through the air outlet; And
The heated CuCl 2 and the steam is supplied, the chemical reactor for reacting the CuCl 2 with steam
Sensible heat recovery device further comprising.
용융 슬래그가 공급된 현열 회수 챔버 내에 공기를 주입하여 용융 슬래그의 현열에 의해 상기 공기의 온도를 상승시키는 단계;
상기 현열 회수 챔버 내부를 관통하는 냉각수 유동관을 통해 냉각수를 공급하여 용융 슬래그의 현열에 의해 상기 냉각수를 증기로 형성한 후 배출하는 단계;
온도가 상승된 상기 공기를 고체의 Cu-Cl 사이클의 CuCl2에 공급하여 상기 CuCl2를 가열하는 단계; 및
상기 증기를 상기 가열된 CuCl2와 반응시켜 CuO·CuCl2(s)와 HCl(g)을 생성하는 단계
를 포함하는 용융 슬래그로부터 현열의 회수 및 활용 방법.
Injecting air into the sensible heat recovery chamber supplied with molten slag to raise the temperature of the air by the sensible heat of the molten slag;
Supplying cooling water through a cooling water flow pipe passing through the sensible heat recovery chamber to form and discharge the cooling water by steam by sensible heat of molten slag;
Supplying the elevated temperature air to CuCl 2 in a solid Cu—Cl cycle to heat the CuCl 2 ; And
Reacting the vapor with the heated CuCl 2 to produce CuO.CuCl 2 (s) and HCl (g).
Method of recovering and utilizing sensible heat from the molten slag comprising a.
제 6항에 있어서, 상기 CuO·CuCl2(s)에 상기 온도가 상승된 공기를 공급하여 상기 CuO·CuCl2(s)를 가열하여 2CuCl(l)를 생성시키는 단계를 더 포함하는 용융 슬래그로부터 현열의 회수 및 활용 방법.
The method of claim 6, wherein the molten slag, further comprising the step of using by the temperature supplies the rising air in the CuO · CuCl 2 (s) heating the CuO · CuCl 2 (s) generate 2CuCl (l) How to recover and use sensible heat.
제 6항에 있어서, 상기 냉각수 유동관을 통해 배출되는 증기를 상기 현열 회수 챔버로 재공급하여 원하는 온도로 상승시키는 용융 슬래그로부터 현열의 회수 및 활용 방법.The method of claim 6, wherein the steam discharged through the cooling water flow pipe is re-supplied to the sensible heat recovery chamber to raise the sensible heat from the molten slag to a desired temperature.
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